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欧姆定律在初中物理电学知识体系中占有极其重要的地位。作为一个实验定律,它的得出依赖于实验探究。初中阶段对欧姆定律的探究主要是针对部分导体的欧姆定律。
苏科版物理教材中欧姆定律处在一章的第三节,在探究欧姆定律之前,学生已经学习的电学内容有:初始家用电器和电路,电路连接的基本方式(串并联电路的认识),电流和与电流表的使用,电压和电压表的使用,电阻,变阻器。通过这些内容的学习,学生已经知道改变电流大小的两种方法:1. 改变电路中的电源电压;2. 改变电路中的电阻。带着这样的知识基础,进行欧姆定律的探究学习。
教学过程中,按照教科书上实验电路图,采用控制变量的方法,根据实验探究的一般过程进行两次实验。因此在利用教材中的实验设计进行教学的过程中遇到了一些有待商榷的问题。
问题1:“移动变阻器的滑片,改变滑动变阻器连入电路的电阻,可以改变电路中的电流,但为什么就可以改变加在电阻两端电压呢?”
问题2:“调节变阻器,使电阻R两端电压改变,为什么同样是调节变阻器,却又是使加在R两端的电压不变呢?”
分析:学生对电流的认知是通过教材中用水流做类比,从而知道电压是形成电流的原因。从认知的过程来看,正是因为有了电压,才会有电流的产生。
而在本书欧姆定律的探究实验中,二次实验都是通过移动滑动变阻器来改变电流的大小,利用欧姆定律的原理,从而改变了电阻两端的电压或使不同电阻两端的电压不变。这样就会给学生有一个错误的印象:“电阻改变电流,电流改变电压”。使学生认知电流、电压的因果关系上容易出现倒置,认为电压的改变是由于电流的变化而引起的。因此在未探究出欧姆定律之前,根本不可能向学生解释他们提出的这两个问题。更严重的是在课后的作业反馈中,有学生对于这个的实验做出了错误的总结:在电阻一定时,电压和电流成正比。所以这个实验设计在学生探究学习欧姆定律的思维逻辑上存在着错误的引导,必须加以改进。
本人认为问题产生的根本原因就出在滑动变阻器在实验中的引入。
虽然滑动变阻器的联入使实验操作更为方便更为简单,但产生的负面影响是巨大的,导致了学生知识认知逻辑上的混乱,迷惑,弊大于利。本人提出的改进建议是舍去滑动变阻器:
电阻不变时,探究电流与电压的关系的实验中,完全可以舍去滑动变阻器,直接把电阻接入电路,通过直接改变电源电压的方法来进行实验。
电压不变时,探究电流与电阻的关系。而舍去滑动变阻器后,通过固定的电池数目的方法很难实现电阻两端的电压不变。其原因在于电池组存在一定的内阻,就会导致路端电压随外电路电阻的变化而变化(外电路电阻变大路端电压也变大),而不能达到控制电压不变的目的。同时电压表示数的变化也会引起学生的质疑。初中阶段,由于电池的内阻不作要求,因此最合适的方法就是采用输出电压恒定的学生电源进行实验。
综上分析,本人设计这样的探究实验:
实验器材:学生电源,电阻箱(或若干已知阻值电阻),电压表,电流表,导线,开关
实验步骤:按实物图连接好电路:
实验一,先保持电阻R不变,通过调节学生电源的输出电压(电压取值要小),研究电流跟电压的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验二,保持学生电源输出电压不变,调节电阻箱的阻值,研究电流和电阻的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验总结:将两方面结论综合,归纳出欧姆定律。
一、欧姆定律发现历程溯源
2.相同之处
欧姆定律适用于线性元件,如金属等,不适用于非线性元件,如气态导体等。
三、三点质疑
1.线性元件存在吗
材料的电阻率ρ会随其他因素的变化而变化(如温度),从而导致导体的电阻实际上不可能是稳定不变的,也就是说理想的线性元件并不存在。在实际问题中,当通电导体的电阻随工作条件变化很小时,可以近似看作线性元件,但这也是在电压变化范围较小的情况下才成立,例如常用的炭膜定值电阻,其额定电流一般较小,功率变化范围较小。
2.对所有非线性元件欧姆定律都不适合吗
在上述所有表述中都有欧姆定律适用于金属导体之说,又有欧姆定律适用的元件是线性元件之说,也就是说金属是线性材料,而我们知道,白炽灯泡的灯丝是金属材料钨制成的,也就是说线性材料钨制成的灯丝应是线性元件,但实践告诉我们灯丝显然不是线性元件,因此这里的表述就不正确,为了避免这种自相矛盾,许多资料上又说欧姆定律的应用有“同时性”,或者说“欧姆定律不适用于非线性元件,但对于各状态下是适合的”,笔者总觉得这样的解释难以让学生接受,有牵强之意,给教师的教造成难度,既然各个状态下都是适合的,那就是整个过程适合呀。
3.对欧姆定律适合的元件I与R一定成反比吗
I与R成反比必须有“导体两端的电压U相同”这一前提,在这一前提条件下改变导体的电阻R,那么通过导体的电流就会发生变化,因而导体的工作点就发生了变化,其制作材料的电阻率 ρ就随之变化,因此导致电阻又会发生进一步的变化,这样又会导致电流产生进一步的变化,所以实践中多数情况下I与R就不会成严格的反比关系,甚至相差很大。
四、两条教学对策
1.欧姆定律的表述需要改进
其实早就有一些老师对欧姆定律的表述进行过深入的分析,并结合他们自身长期的教学经验,已经提出了欧姆定律的表述的后半部分“I与R成反比”是多余的,应该删除,笔者也赞成这种做法,因为这种说法本身就是不准确的,这也是在上述三种大学普通物理教材中都没有出现这个说法的原因。
通过对欧姆定律发现历程的溯源,可知欧姆当时发现这一电路定律时也没有提出“反比”这一函数关系,只是定量地给出了一个等式,因此,笔者认为欧姆定律的现代表述有必要改进,既要传承欧姆当时的公式,也要符合实际情况,所以笔者认为欧姆定律应该表述为:通过导体的电流强度等于导体两端的电压与导体此时的电阻之比。
那么,为什么连“I与U成正比”也省去呢?当R一定时,I与U成正比是显然的,但如果在欧姆定律的表述中一旦出现“I与U成正比”的说法,学生就会很自然地想到“I与R成反比”,而这种说法是不对的,所以表述中最好不要出现“I与U成正比”和“I与R成反比”这两种说法。
2.线性还是非线性元件的区分不能以材料种类为判断标准
同样是金属材料,钨丝的伏安特性是非线性的,而一些合金材料导体的伏安特性却是非常接近理论线性,如标准电阻。所以我们在区分线性元件还是非线性元件时,不能以导体的材料种类作为判断的标准,而只能通过实验测定,得到I-U图象,以此来作为判断依据。
《闭合电路欧姆定律》是高中物理电学部分中各种电路的基础内容,同时也是高中物理电路部分的重点内容,深刻理解并掌握本节内容对今后电路学习具有极大的帮助。在高中物理课堂教学活动开展中,为了有效提高《闭合电路欧姆定律》教学设计的有效性,下面本文首先简单分析了《闭合电路欧姆定律》教学目标,并在此基础上提出创设“问题情境”的教学设计为方法的课堂教学实践,以供参考。
高中物理《闭合电路欧姆定律》教学主要是围绕定律的推导和定律的应用这两个问题展开的。教材在设计中意在从能量守恒的观点推导出闭合电路欧姆定律,从理论上推出路端电压随外电阻变化规律及断路短路现象,将实验放在学生思考与讨论之中。为了有效提高课堂教学质量和教学效果,我们特提出在《闭合电路欧姆定律》教学中创设“问题情境”的教学设计。
1.《闭合电路欧姆定律》教学目标分析
《闭合电路欧姆定律》教学目标主要有以下几个方面:一是,经进闭合电路欧姆定律的理论推导过程,体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用,培养学生推理能力;二是,了解路端电压与电流的U-I图像,培养学生利用图像方法分析电学问题的能力;三是,通过路端电压与负载的关系实验,培养学生利用实验探究物理规律的科学思路和方法;四是,利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。高中物理《闭合电路欧姆定律》教学主要是围绕定律的推导和定律的应用这两个问题展开的,其中涉及到了“电动势和内阻”、“用电势推导电压关系”、“焦耳定律”以及“欧姆定律”等诸多内容,这些内容之间具有一定的联系, 只要能够为其构建一个完善的体系,将这些知识有机的结合起来,就能够得出闭合电路的欧姆定律。以建构主义教学思想为基础,采用创设“问题情境”的教学设计,对于提高课堂教学有效性具有积极意义。
2.创设“问题情境”的教学设计具体实践
首先,通过问题的提出激发学生的求知欲。例如:将一个小灯泡接在已充电的电容器两极,另一个小灯泡在干电池两端,会观察到什么现象?并展示生活中的一些电源,演示手摇发电机使小灯泡发光和利用纽扣电池发声的音乐卡片实验,使学生进行思考这些现象出现的原因。通过观察学生会发现手摇发电机是将机械能转化成电能的过程,停止摇动就没有电能,灯泡就不会亮,而干电池、蓄电池是将化学能转化成电能,其化学能能够为干电池提供持续供电的功能,因此小灯泡能够持续发光。然后教师再在这个基础上提出问题:什么是电源的电动势?之后指出电源电动势的概念,帮助学生认识电源的正负极,并画出等效的电路图,利用学生已知的知识,如电势相当于高度,电势差则相当于高度差,这样学生就能够很好的对电势差以及电源电动势的内电压和外电压等概念进行理解了。
其次,在教学中可采用类比、启发、多媒体等多种方法进行教学。教师在课堂教学汇总可借助于多媒体播放flash课件, 借助于升降机举起的高度差或者儿童滑梯两端的高度差,帮助学生更好的理解电源电动势。另外还可以从能量的角度引导学生对其进行理解,例如小花去买衣服,共有100元,其中10元用于打车,90元用于买衣服,在这里,100元就相当于电源的电动势,车费相当于内电压(必要的无用功),买衣服的费用就相当于外电压(有用功),从而使学生掌握内外电压的本质属性。
最后,要通过实验来引导学生进行探究。物理学是一门以实验为基础的科学,观察和实验是提出问题的基础,在实验教学中应鼓励学生观察要细致人微,要善于从实验中发现问题,直观、形象的实验现象能激发学生思考。可以让学生通过实验来探究路端电压与外电阻(电流)的关系,得出路端电压与外电阻(电流)的关系,再从理论上进行分析。然后演示电动势分别为3V和9V(旧)的电源向一个灯泡供电实验,引发学生学习的兴趣,让学习进行讨论,解释现象原因。通过这种方式能够让学生很容易就明白流过灯泡的实际电流不仅与电源的电动势有关,还与电路中的总电阻有关,从而顺理成章的得出闭合电路欧姆定律,完成课堂教学任务。
3.总结语
1、“闭合电路的欧姆定律”是人教版新课标高二物理选修3-1《恒定电流》第七节的内容。本节课是在学习了部分电路欧姆定律、焦耳定律以及电动势等概念的基础上进行的,是分析各种电路的基础,既是电学的重要规律之一,也是本章的教学重点。
2、从教材结构看,教材采用传统的处理方法:先利用能量守恒导出闭合电路的欧姆定律,进而得出路端电压随着外电阻变化的规律。这样的程序,数学演绎推理的味道很浓,加之没有令人信服的实验,缺少了对物理规律的感性认识的过程,学生难以形成比较深刻的理解。
二、学情分析
1、从学生的认识结构和能力水平来看,学生不知道电源的内阻对闭合电路的影响,因此,常常把路端电压看成是不随外电路变化的。这种先入为主的错误观念,容易形成思维定势,仅通过几次讲解是难以逆转的。
2、学生已学习了电动势、内电阻、外电阻等概念,知道部分电路的欧姆定律。
三、教学目标
1、基础知识技能方面:
(1)导出闭合电路的欧姆定律
(2)研究路端电压的变化规律,掌握闭合电路中的
(3)学会运用闭合电路的欧姆定律解决简单电路的问题,知道闭合电路中能量的转化。
2、能力方面:
(1)通过实验,让学生积极主动的探求科学结论,成为知识的探索者和“发现者”,在获得知识的同时发展能力。
(2)通过分组随堂实验,培养学生利用实验研究,得出结论的探究物理规律的科学思路和方法,加强对学生科学素质的培养。
(3)通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3、思想及情感方面:
A.通过外电阻改变引起电流、电压的变化,树立学生“事物普遍联系”的观点。
B.通过分析外电压变化的原因,了解内因与外因关系。
C.通过短路电流的模拟实验,加强学生的安全用电意识。
D.通过先猜想再验证的教学模式,培养学生“大胆猜想,小心求证”的科学研究态度以及合作实验的意识。
四、重点难点
1.重点:闭合电路的欧姆定律的导出
2.难点:路端电压的变化规律,
应用闭合电路的欧姆定律解决简单的实际问题
五、突破重难点的教学设计思想
1、营造能引起学生认知冲突的问题情景
设计一个如图1所示的电路,让学生先猜测再观察实
验现象。(小灯接电动势为3v电源时较亮)让学生产生强烈的认知冲突,激发了他们的探求新知的动机,为突破重难点提供了良好的开端。
2、让学生积极主动地去归纳物理规律、构建自己的正确理解
教师演示实验, 让学生在实验数据中探索出“新”的物理规律,使学生在探研过程中分析、归纳、推理的能力得到提高,同时也突破了教学难点。
六、课前准备
【教学用具】
自制演示实验电路板、干电池、安培表、伏特表、滑动变阻器、电键、导线、课件等。
七、教学过程
(一)创设情景引入新课
演示实验一:电源电动势增大时小灯泡的亮度变化
教师出示电路板,小灯泡与两节干电池串联,闭合开关,小灯泡发光。在原电源的基础上,再串上4节干电池,让学生猜想:闭合开关后,小灯泡可能会发生什么现象?
教师演示:发现小灯泡变暗了。
留下疑问:是什么原因导致小灯泡没有变得更亮,也没有烧坏,而是变暗了呢?
(二)新课教学
1、闭合电路的欧姆定律的推导
设问:我们已经学习了电动势,知道电动势是反映电源将其他形式的能量转化为电能本领的物理量,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压,那如果电源接入了电路,电动势与内电压、外电压之间又有怎样的关系呢?
演示实验二:E与U内、U外的关系
教师向学生介绍可变内阻电源装置。让同学们仔细观察两个电表的读数并记录五组数据。教师边演示边让学生记录数据。
2、路端电压与负载的关系
探究活动二:路端电压与负载的关系
老师引导学生设计电路图。让学生分组实验探究路端电压与负载的关系,注意短路、断路两种特例的分析,记录实验现象。
演示实验三:低压电源短路
电路短路时,电路当中的电流非常大,会造成很严重的后果,生活中一定要避免短路的发生。教师演示模拟电源短路的小实验(为了安全起见,只用10V的学生电源),加强学生安全用电意识。
教师:通过实验我们研究了路端电压和负载的关系,在实验过程中我们发现当外电阻变化时,电流会变,路端电压也会变,那路端电压和电流之间会不会有直接的关系呢?
探究活动三:路端电压与电流的关系(推理法与图象法相结合)
引导学生利用闭合电路的欧姆定律推导路端电压与电流关系的数学表达式:教师:大家利用所学的数学知识推断一下:若以电流为自变量,路端电压为因变量,那么
函数图象应该是怎样的?
教师利用幻灯片展示一张U-I图像,让学生观察这张图像,思考直线与Y轴、X轴的交点分别代表什么物理意义,引导学生深刻理解图像。
探究活动四:闭合电路中的功率关系
教师:引导学生推导得到有关功率的相关结论:
教师:学习了有关闭合电路的欧姆定律相关的知识后,我们一起来看看在刚上课时所留下疑问:电源电动势由3V变成9V,为什么小灯泡会变暗呢?
学生自己分析,推测小灯泡变暗的原因。
演示实验四:多个小灯泡并联时的亮度变化
例题:当开关逐渐闭合时,小灯泡的亮度会发生怎样的变化,电压表的读数呢?
教师展示电路板,先让学生自己分析,再用实物演示讲解。
关键词:欧姆定律;教学难点;问题
闭合电路欧姆定律是电路中的一条重要规律,对于思维能力尚不是很完善的高中生来说,还是具有一定的难度。“知识不是被动接受的,而是认知主体积极建构的”,因此在教学过程中教师应积极的换位思考,针对学生的能力水平来尝试多种教学方式方法,
使学生切实掌握相关知识。此知识点之所以成为难点的重要原因和问题主要为:概念抽象,理解困难;传统教学方法单一;知识点容易混淆;应试教育,不能活学活用。所以,对以上问题提出一些突破教学难点的思路和方法,以供参考。
一、激发兴趣,打破抽象
在本章的教学内容中,对这一定律的概念和相关知识较为抽象,偏重理论的数学分析和推理,并且缺少直观的实验,使学生学习和理解起来存在着很大的难度。只是一贯地依靠教师的讲解难以达到良好的效果,反而有可能会适得其反,使学生感到枯燥乏味。因此,教师首先应该通过巧妙有效地向学生导入学习内容,最大限度地提高学生对新知识的好奇心和学习动机,俗话说得好:“兴趣是最好的老师”,营造一个可以使学生提出问题的学习情景。
通过简单实验和提出问题,来激发学生的学习热情和学习兴趣,
为下面对此难点的讲解分析做了良好的开头。使学生能主动地进行实验研究,在探索中产生学习兴趣,了解物理研究方法,增强综合实践能力。
二、分组实验,总结结论
在传统的教学中,常规的是先在之前所学知识的基础上推理出闭合电路欧姆定律的公式,再以此对其进行分析,得出变化规律。在此,应大胆地打破这种常规,这种方法只是简单的数学演绎推理,无法让学生感知认识到物理的规律变化。所以,接下来就要以更为具体、多样的实验,探索其中的规律。让学生分组实验,每组进行多种不同的实验进行对比,然后组员之间进行自由讨论,
再通过组员代表进行发言,最后通过教师的总结得出结论。在这样的通过分组实验、自主探索、合作交流、总结规律和解决问题的方法中,不但可以使学生深刻理解闭合电路欧姆定律的知识规
律,而且能提高学生的主动性,培养学生敢于探索、团结协作的精神,达到事半功倍的效果。
三、深入解析,避免混淆
通过以上的实验学习,学生基本掌握了闭合电路欧姆定律的基本知识,由于在学习闭合回路欧姆定律之前,学生已经学习过欧姆定律,这使得学生很容易产生概念混淆。所以,接下来教师应该对此知识点进行深入的分析,为学生讲解电动势、外电压、内电压、外电阻等概念,且其核心内容是了解闭合电路与部分电路的不同,教师可以通过实验让学生实际的理解闭合电路以及分电路、
内电路、外电路等等相关知识。这些内容较为复杂,学生容易混淆,在有了前面一系列实验的基础上,再进行这些知识的讲解,学生可以更好地理解,避免了知识点的混淆。
四、领悟思想,学以致用
通过实验提出问题进行导入,进而通过学生主动积极实验、观察、交流和讨论分析,加以教师的归纳总结,对于闭合电路欧姆定律的知识学生基本已经掌握,对课程的难点、重点也得到了直观的分析和解答。在此之后教师应该及时地对学生进行知识的扩展,结合到生活中,在课后作业中尽可能联系到实际生活环境,家庭中常见电路现象,使学生更深入地理解并掌握相关知识,领悟物理的思想方法和认识规律的本质,将所学知识运用到实际生活之中,达到活学活用、学以致用的效果。不仅及时巩固知识、查漏补缺,同时引导学生主动学习,从而保证了学生的学习速度和学习质量。
随着科技的发展,教学方式也在随其变化。物理教学过程中不能只是一味地“灌输式”的应试教育,应该让学生主动起来,把课堂归还给学生,在学习活动中提高学生的自主学习能力、创新意识,在学生遇到问题时教师应该对学生进行点拨、启发和激励,这样自然而然的突破教学中的难点、重点,找到解决问题有效的方法。尽管教学有一定的方法,但“教无定法”,怎么教学,怎么上课,也视学习环境和学生情况而定,更在于教师本人的长处和短处。所以,在教师教学过程中应该因地制宜,因材施教,通过不断地优化教学方法,充分发挥学生学习的主体作用及教师的主导作用。
参考文献:
在准确把握欧姆定律的基础上,初中电学的重要任务是会应用欧姆定律初步解决一些实际问题:一、提供一种测量电阻的方法,会用电流表、电压表测电阻(即伏安法测电阻),深化对电阻的理解;二、会利用欧姆定律和串、并联电路的特点,通过实验和推导的方法,得出串联电路、并联电路的等效电阻和计算公式,并能解答和计算简单的电路问题;三、通过测量电阻的其他方法,培养电学的基本解题思维和方法.
应用导航一、 “伏安法”测电阻
1. 实验原理:
根据欧姆定律公式R=U/I,分别用电压表测出电阻两端的电压和用电流表测出通过电阻的电流,就可以算出电阻的阻值.
2. 电路图:如图1
3. 注意点:
(1) 滑动变阻器在电路中可以改变通过电阻的电流(即改变电阻的工作状态);
(2) 该实验中,电流表的示数不仅包括待测电阻中的电流,也包括通过电压表的微小电流,这是产生误差的主要原因;
(3) 当电流通过导体时,导体因发热而使电阻变大,长时间通电时,前后测得的电阻值偏差较大,因此实验时多次改变滑动变阻器滑片的位置,在每次读出电压表和电流表的示数后都要及时断开开关;
(4) 测量定值电阻的阻值时,可以用多次测量求平均值的方法求电阻,而测量小灯泡的电阻时由于灯泡的电阻值与温度的变化有关,所以不能用求平均值的方法测量.
应用实战
例1 在测定电阻阻值的实验中:
(1) 小明根据图2所示的电路图,将图3中的实验器材连接成实验电路.同小组的小亮在检查时认为,从实验目的来看,实验电路上有一根导线连接错了,建议小明改接.
① 请你在接错的那根线上打“×”;
② 另画一根导线,使电路连接正确;
③ 如果不改接这根导线,对实验的影响是:?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇 ?摇?摇.
(2) 小明将电路改接正确后,合上开关,调节变阻器的滑片到某位置时,电压表和电流表的指示如图4所示,则电压表的读数是?摇 V,电流表的读数是 ?摇 ?摇?摇A,被测电阻Rx的阻值是?摇 ?摇?摇?摇 Ω.(3) 小明和小亮为他俩在全班首先获得测量结果而高兴,准备整理实验器材结束实验.你认为他们的实验真的结束了吗?给他们提出什么建议呢?
① 写出你的建议: ;② 建议的目的是: .
应用解读
(1) 欧姆定律中的电流、电压、电阻是对同一段导体而言的,电流表“+”到A接线柱为错误,打“×”,改为电流表“+”到C接线柱,否则测量的是Rx与滑动变阻器两端的总电压。
(2) 电压表读数1.8V,电流表读数0.24A,由R=U/I计算电阻值为7.5Ω。
(3)本题只测量了一组数据,所以建议:移动滑动变阻器,再测两组数据;目的是多次测量取平均值,以减小误差.
1.知识目标。
(l)掌握闭合电路的欧姆定律;
(2)理解端压跟外电路的电阻的关系,理解断路和短路时的端压和电流;
(3)理解端压发生变化的根本原因。
2.能力和方法目标
(l)培养学生“发现问题,提出假设,实验研究,得出结论”的探究物理规律的科学思路和方法;
(2)通过学习,使学生会用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题。
【教学方法】
在教师指导下,师生共同探讨的启发式教学。
【教学器材】
电压表、电阻箱、电键、电池组、J1203型蓄电池、导线等各24组。新电池两节,内阻较大的电池一组(电动势为9V以上),灯泡若干,演示用电压表,保险丝,导线若干,单刀双掷开关,投影仪等。
【教学过程】
1.引入新课
师:如图1电路,将电压表接在电源两端,从电压表上读出的是什么?
生:电源电动势。
演示实验:测电源电动势并观察灯泡亮度。
师:出示图1装置示教板,简介实验装置,分别开关打向1和2,让学生通过电压表的实物投影读电源和的电动势。
生:,。
师:(将电压表换接成小灯泡,开关接1时。小灯泡很亮,几乎发白光)问:开关接2时,会发生什么情况?
生:(猜测):①烧毁,②更亮。
师:(开关接通2,小灯泡还不如接1时亮。)
生:(哗然,形成强烈反差)
师:学习了闭合电路欧姆定律后,我们就能解释这一实验现象了。
2.新课教学
2.l闭合电路欧姆定律的数学表达式(在教师的启发下,引导学生完成)
师:什么样的电路叫闭合电路呢?
生:由电源和用电器组成的完整电路。
师:电源有哪些重要的参量?
生:电源电动势和内阻。
师:(出示图2的动画电路)闭合电路中,流过内电路和外电路的电流有什么关系?
生:相等。
师:电源的电动势与端压(外电压)、内电压之间的关系是怎样的?
生:E=U=U′。
师:现设通过电路的电流强度为I,外电路的电阻为R电源电阻为r,根据欧姆定律,可以把上式进一步写成怎样的形式?
生:根据欧姆定律,外电压U′=IR,内电压U′=Ir,代入E=U+U′,可以得出:E=IR+Ir。。
师:如果我们要探讨电路里的电流强度I跟哪些因素有关,有什么关系,还需要把公式改变成怎样的形式?
生:可以改写成:。
师:好,这就是闭合电路欧姆定律的数学表达式。它表示:闭合电路中的电流,跟电源的电动势成正比,跟整个电路的电阻成反比。在公式中,R的含义是什么?
生:外电路的总电阻。
师:对给定的电源,E、r均为定值,外电阻变化时,会引起电路电流的变化,I随R会发生怎样的变化?
生:由公式知,R变大则I减少,R变小则I增大。
师:根据U=IR,R变大时端压(外电压)会随之发生怎样的变化呢?
生:(猜测。有人说变大,有人说变小)
师:请两个学生介绍判断的过程和依据。(暂时不做评价,由“实践是检验真理的标准”过渡到学生实验上来。)
2.2探讨U随R变化的规律
学生实验:探讨U随R变化的规律
师:如果给你一个电源,一个电键,一个电压表,一个电阻箱,让你来探讨外电压U随外电阻R变化的规律,你该怎样设计电路?请画出电路图。
生:(画电路图)
师:(讲评学生所画电路,指导学生进行实验)
生:(出示实验数据记录,得出结论)端压随外电阻的增大而增大,随外电阻的减少而减少。二者变化的趋势相同。
师:能否根据闭合电路欧姆定律从理论上分析为什么会发生这样的变化?
生:(讨论,在教师诱导下得出)
师:刚才我们通过实验和理论探讨了端压随外电阻变化的规律,得出了上述结论。请大家再思考,当外电阻很小时,会发生什么情况呢?
生:外电阻减少到零时,会发生短路现象。
师:短路时的电流有多大呢?
生:(可能会说无穷大教师从电路电阻出发引导,使学生得出)短路时:R=0,I=E/r,U′=E,U=0。
师:短路时的电流取决于E,r。一般情况下,电源内阻很小,像蓄电池的内阻只有0.005Ω-0.1Ω,所以短路时电流会很大,很大的电流会造成什么后果呢?
演示实验:保险丝熔断现象。
师:(出示示教板,简单向学生介绍电路的元件,先让电灯开始正常工作)大家说说,怎样的外电路才算短路呢?
生:将电键合上,使外电路的电阻R=0。
师:(演示:合上电键,保险丝烧断起烟,小灯泡熄灭)保险丝烧断,说明短路时的电流的确很大。如果没有保险丝,短路时很大的电流长时间通过电路,就可能损坏电源,甚至酿成火灾。所以在实验操作中和日常生活、生产中要注意避免短路,也不能图方便用铜丝替代保险丝。那么,怎样使电路恢复正常呢?
生:(教师引导)先排除故障,再换保险丝。
师:当外电阻很大时,又会发生什么现象呢?
生:(引导学生类比得出)断路。
断路时:R∞,I=0,U′=0,U=E。
师:电压表测电动势就是利用了这一道理.通过前面的讨论,我们对U随R变化的规律有了了解,但在讨论中都是以电源的E、r不变作为前提的。如果有两个电源,它们的内阻不同,端电压随外电阻的变化有什么区别呢?
2.3U随R变化的根本原因
学生实验:探究内阻不同时U随R变化的特点(电路如图3)。
师:现有四节干电池组,电动势约6V,内阻阻值大约在0.5Ω-2Ω之间;有一个蓄电池组,电动势约6V,内阻大约在0.005Ω-0.1Ω之间。请大家再做实验,比较这两个电源U随R变化的特点。
生:(实验操作,教师巡回指导)
实验结论:内电阻很小的电源,端电压随外电阻的变化不明显。
师:大家推测一下,当电源内电阻为零时,外电压还随外电阻的变化而变化吗?
生:不随。
师:能否理论推导一下?
生:r=0,无论I如何变化,U′=Ir=0,故U=E-U′=E不变。
师:内电阻等于零的电源叫理想电源,它的端压是不定值,不随外电阻的变化而变化,初中讨论的都是这样的电源。可是,实际的电源都有内阻。正是由于r≠0,才导致U随R的变化。可见,U随R变化的根本原因是……
生:r≠0。
3.规律应用演示实验:(装置见图5)
师:(简单介绍实验装置,电源为6V干电池组)逐个合上电键,灯泡的亮度会不会发生变化?
生:(讨论,看法不一)
师:(实验。结果发现接入电路中的小灯泡亮度逐渐变暗。)怎样解释看到的现象?
生:随着灯泡逐渐接入,外电路的总电阻逐渐减小,外电路的端压逐渐减小,由知,灯泡消耗的实际功率逐渐变小,灯泡亮度变暗。
师:(改用蓄电池作电源,再做上述实验,结果发现灯泡亮度几乎不变)
生:蓄电池内阻很小,外电路电阻变化时,端压变化非常小,灯泡消耗的实际功率变化很小,因而亮度几乎不变。
师:这一现象再次说明了……
生:内电阻不为零是端压变化的根本原因。
师:请大家思考,开始上课时做的演示实验为什么会出现那样一个结果?
生:(讨论后得出)电源的内阻很大,比灯泡的电阻还要大,因此内阻分压也大,第二次加在灯泡两端的外电压没有第一次的大。
师:你们的推理是否正确,实际测量一下就知道了。
演示实验:
师:(测图1灯泡两端在电键按1和2两种情况下的端压。结果表明,第二次的端压小于第一次)
生:(露出满意的笑容)
师:通过这节课的学习,我们解决了上一节课学习电动势时产生的“端压为什么会随外电阻的变化而变”的疑问,得到了闭合电路的欧姆定律,搞清了端压变化的根本原因。在本节课的学习中,有没有新的问题?
生:实验测量中发现,随着外电阻的增大,端压并不是一直增大的,这是为什么?
师:(表扬提问题的学生,引导大家讨论,然后解释)当外电阻大到一定程度时,由闭合电路欧姆定律知,总电流极小,内电阻止的分压趋近于零,端压趋近于电源的电动势,接近于发生了断路现象。
生:老师,你是怎样知道干电池和蓄电池的内阻的?
师:这个问题提的好。我们是在干电池组内阻大于蓄电池组内阻的前提下得出端压变化的根本原因的,如果事实不是这样,则结论也就不成立了,这个问题留做课后思考,下节课我们将通过实验来测定电源的电动势和内阻。实际上今天的课已经告诉了你一种测量方法了……大家还有问题吗?
生:……
4.小结
4.l闭合电路欧姆定律是高中电学中的重要规律之一,要掌握其内容并会运用它分析电流强度、端压随外电阻的变化规律。以及端压跟电流强度的关系。根据I=E′(R+r)、U′=Ir、U=E-Ir可知:
RIU′U
R=0,I=E/r,U′=E,U=0(短路)
RIU′U
R∞,I=0,U′=0,U=E(断路)
4.2在初中讨论电路问题时,不考虑电源内阻。到了高中,有些问题常要考虑电源内阻。路端电压随外电阻变化而变化,其根本原因是因为电源有内阻。我们关心路端电压的变化情况,是关系到用电器能否正常工作的问题,这在实际应用中有现实意义。
5.布置作业(略)。
【教学设计说明】
1.闭合电路的欧姆定律在高中“恒定电流”一章中占有重要地位,这是一节承上启下的课。在设计本节课时,我十分注意对学生科学素质的培养。在教学中实施素质教育的核心是培养学生的创新精神和实践能力。对于中学生来说,创新精神主要体现在学生应具有创新的意识,其直接的表现就是善于发现问题,善于提出问题。因此在课堂上应把主要精力放在引导学生发现问题并寻找解决问题的途径上。根据上一节课中学生对端压会发生变化所产生的疑问,我设计了本节课的教学流程,旨在通过学生的亲身实践,得到掌握知识、培养能力、形成习惯的最终目的。在这节课的最后,还留给学生一段时间,让他们自己来提问题,并讨论、解答,这也是出于培养创新意识的需要。
2.利用实验发现规律,利用实验验证结论是贯穿整个课堂教学的一条主旋律。本节课一开始,就利用学生的日常生活经验与演示实验的矛盾巧设“悬念”,使他们的心理经历了一次前科学意识与物理规律的强烈碰撞,求知欲望之火被迅速点燃,从而兴致勃勃地进入了主动学习的“角色”。在教学活动中,一个个演示、学生实验不断地开后学生思维的“阀门”,他们时而全神贯注,时而心领神会,在一系列“发现问题,提出假设,实验研究,得出结论”的过程中,错误的前概念逐步被纠正,科学的物理规律在脑海里扎下了很。物理教学活动的科学性和艺术性得到了有机的统一,科学美的教育也渗透在其中了。
难点;关键点;关系
〔中图分类号〕 G633.7
〔文献标识码〕 C
〔文章编号〕 1004—0463(2013)
06—0039—02
“三个焦点”是指在课堂教学中的三个主要因素,即重点、难点、关键点。下面笔者就以初中物理课堂教学为例来谈谈这“三个焦点”及相互关系和处理方法。
一、课堂教学中的“三个焦点”
1.重点。教学重点即课堂教学中的知识重点,是最基本、最重要也是学生应该掌握的教学内容,是一节课中要解决的主要矛盾。抓住了教学重点,就抓住了课堂教学中的关键。
2.难点。教学难点指学生在学习知识过程中难以理解和掌握的内容,是在完成“重点”教学任务或对教学内容进行提升和发展、延伸与拓展,以及理解、分析和解决问题时难以逾越的思维障碍。
3.关键点。教学关键点指解决好重点、难点的关键措施,它往往是学生的易错点、易混点、易忽略点。
例如,《密度》一节教学的重点是:(1)通过实验探究,学会用比值的方法定义密度的概念。(2)理解密度的概念、公式。(3)用密度知识解决简单的实际问题。难点是:在实验探究的基础上利用“比值”定义密度的概念。关键点是:做好实验探究,用“比值”建立密度的概念。
二、“三个焦点”之间的关系
教学重点、难点和关键点之间既相互独立又相互关联。任何学科的教学内容都有一定的知识结构,是一张相互联系的网。重点是这张网上的“纲”,难点是这张网上的“结”,关键点是理“纲”解“结”的方法措施。三者关系有全部重叠、部分重叠、非重叠三种。全部重叠时只要抓住关键点,重点、难点也就解决了;部分重叠时,抓住关键点就意味着突出重点或排除难点;非重叠时要精心设计和安排关键点去解决重点和难点。难点解决不好会影响整个课堂的教学效果,如果只注重教学难点,而未能较好地抓住教学重点和关键点,不但难点难以突破,而且教学任务也难以完成。关键点是突破重点、攻克难点的突破口,抓住关键点,才能更好地掌握重点和突破难点。
三、教学过程中如何处理好“三个焦点”
1.备好课。备好课是上好课的前提和保证,在备课过程中应注意以下几点:
(1)找准重点。备课时必须依据教学大纲的要求,认真研究教材或参阅有关资料,正确分析教材的重点,考虑好在教学中如何突出重点。例如,欧姆定律是反映电学中三个重要的物理量,是电流、电压、电阻关系的一个重要定律,是进一步学习电学知识和分析电路的基础,因此通过实验探究得出欧姆定律,掌握和理解欧姆定律的内容和公式,并用欧姆定律进行分析和解决简单的电路问题是教学的重点。
(2)找到难点。要找到难点,就要联系学生的实际情况,根据他们的知识基础和思维能力,分析和找到学生难于理解的地方,即内容比较抽象、深奥、复杂或学生接受起来比较困难的知识和技能,并且为在课堂上解决这个难点,可以提供适当的措施和方法。例如,欧姆定律教学的难点是设计实验过程和对欧姆定律的理解,其中学生对实验方法的掌握是重点也是难点。
(3)找出关键点。教学关键点突出反映了学生在新知识学习过程中认识上的矛盾性,体现了已学知识与新知识的联系,展示了教学过程中由感知教材向理解教材的合理过渡。因此,确定与处理教学关键点,对于顺利学习新知识起决定性的作用。 要确定与处理好关键点,就要深入钻研教材,弄清教材内容的内在联系。要对教材的内容作深入剖析,理出知识的层次,找出已学知识和后续知识与这些内容的联系,找出解决重点及难点的关键所在。例如,欧姆定律教学的关键点是:通过对实验数据的分析,概括出电流与电压、电流与电阻的关系。
2.上好课。上好课是提高教学质量的关键和保证,因此要做到以下几点:
(1)突出重点。教授重点是一节课的中心任务,课堂中的所有教学活动都必须紧紧围绕教学重点进行,在教学结束时应及时归纳总结,以突出重点。例如,牛顿第一定律中“一切物体在没有受到外力作用时总保持静止状态或匀速直线运动状态”是教学的重点,教学时应着重讲解。
(2)突破难点。难点是课堂教学中应集中解决的问题。对于难点,可采用“温故知新法”、 “循序渐进法”、 “类比法”、 “难点分散法”、“情境引导法”、“讨论交流法”等各种方法和措施,使难点得到解决。此外,还要了解学生对难点的掌握情况,并及时采取有效的解决措施。例如,牛顿第一定律的难点是对定律的理解,“一切”是指范围,即该定律对所有物体都普遍适用;“没有力的作用”是指定律成立的条件,它包含两层意思,一是理想情况,即物体确实没有受到外力作用,二是物体所受合力为零;“或”即两种状态居其一,不能同时存在。定律表明:物体不受力时,原来静止的物体将永远保持静止状态;原来运动的物体将永远做匀速直线运动。并根据“牛顿第一定律”理解惯性(物体保持运动状态不变的性质)以及运动和力的关系(力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因)。
【关键词】教学难点;应对方法;比热容;欧姆定律;电功率
九年级物理教学过程中,教师在进行到比热容、欧姆定律、电功率的计算等这几个教学难点时,就需要多加注意这些重点难点,并且对其进行恰当的处理,从而达到最好的教学效果。
1.比热容在热学课程教学
比热容是涵盖四个物理量的综合概念,新课程实施后,教师的任务就是通过实验让学生理解和认识比热容,并且引导学生用比热容说明生活中简单的自然现象。
1.1本课的重点在于理解比热容的概念
利用比热容的有关知识解释生活中的有关问题,而难点则在于掌握热量的计算相关公式。教师首先应当从生活引入,通过实验建立概念,学生生活经验相对较少,教师可以根据人教版物理教科书做演示实验:用相同的电加热器质量相同的水和食用油,使它们升高相同的温度,发现加热水需要的时间较长,然后比较它们吸收热量的多少,看看这两种物质的吸热情况是否存在差异,最后实验表明说明水所吸收的热量较多。
教师可以带领学生再更换其他的液体或固体来做此实验,最后更多的实验都表明不同的物质在质量相等、并升高的温度相同时,吸收的热量不同,使学生深刻理解比热容的概念;教师要启发学生积极思考设定质量和升高温度的乘积被除以吸收的热量是何原因,这是教师在教学过程中非常重要的一点。
1.2学生掌握比热容概念后
教师可以通过定量实验的方法使学生自主计算热量的相关计算公式。用相同的电加热器加热质量不同物质A和物质B,一定时间后在自制的表格中记录它们升高的温度和吸收的热量,教师需要根据加热器功率和加热时间提供热量数据,并且认为这是A、B吸收的热量,学生在教师带领之下探究表格,可以自主计算出“物体吸收的热量与它的质量和升高温度乘积的比值”,计算公式有具体数据的支撑,因此更加易于理解。
2.直流电流教学中欧姆定律的学习
在电学中,电流、电压和电阻这三个物理量之间的联系是被欧姆定律这一条实验定律所揭示的,而欧姆定律一直就是电学实验定律的中心。
2.1通过创设问题情景归纳出欧姆定律
在欧姆定律的教学课时中,教师的任务是引导学生透过实验看到电流跟电压还有电阻之间的关联,总结出欧姆定律。而在教学过程中,本课时的难点就在于如何设计实验,如何分析实验中所取得的实验数据并进行归整总结,如何评估实验后得到的结果。
教师可以通过创设问题情景,引入新课问题让学生自己提出猜想和假设,自主进行实验探究电流、电压和电阻之间的关系,带领学生制定计划与实验方案,用控制变量法进行实验与收集证据,在自主设计实验方案的过程中,让学生的实验设计能力得到提升。
教师在学生汇报实验方法时做适当的提示与补充,完善学生提出的需要准备的实验器材,启发学生用多种方法来解决问题,比如在电路上串联一个滑动变阻器来改变电源电压的取值。
根据学生的分析和汇报,教师将学生的实验思路和方法进行总结,实验可分为两步,第一步控制电阻不变,通过调节滑动变阻器,改变电阻两端的电压并使其成倍数变化,再观察通过电阻的电流的变化情况,找出电流与电压的关系;第二步需要分别接入电路的,应当是阻值显示为倍数关系的不同类型电阻,学生在实验过程中,为了保持电阻两端的电压维持某一个固定值不变,就应当适当得调节滑动变阻器,同时观察电流的变化,从而能够准确地找出电阻与电流之间的联系。
在学生分组实验记录数据之后,教师引导学生分析轮涨得出结论,给出评价,让学生自主构建知识,学习科学研究方法,培养学生实验和观察的能力,但本课教学容量大,教学时间紧,教师不可一味放手,在适当的时候还需要引导学生进行归纳总结,从而使本课圆满完成。
3.电功率是电学的重点内容
电能转化为其他形式的能得过程也可以说是电流做功的过程。电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间的长短都有关系。作为表示电流做功快慢的物理量,电功率等于电流与时间之比。
3.1体会电功率在实际生活中的概念
教师在本课时的教学中,应当着重引导学生理解电功率的概念,通过实验或者举例让学生认识到电功率在现实生活中的广泛应用。
而难点则在于如何理解实际功率和额定功率的区别与联系。教师应当根据课程标准,引导学生根据实例,认识功的概念,知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。通过做演示实验引入课题,从实验中得知电流做功有快慢之分,引导学生得出电功率的知识以及电功率的意义从而得出定义公式以及单位和换算关系。
教师可以通过比较800W的电吹风机与40W的灯泡在相同的时间内消耗的电能让学生理解功和功率的区别与联系,同时从能量转化的角度对电功率进行分析,便于学生加深理解。通过设置课堂练习和演示实验,例如将两灯泡先后并联和串联接入家庭电路中,观察灯泡的发光情况,探究灯泡的功率是否改变了,从而使学生意识到利用灯泡铭牌上得电功率判断灯泡的亮暗,要一并考虑电压的影响,最后得知用电器的正常工作状态和非正常工作状态,指导用电器的功率不是固定不变的。
教师最后结合电功率和电功率的计算以及额定功率和实际功率的板书,梳理本课所学知识,使之形成一个完整的知识体系,同时也可以帮助学生进行记忆,最后让学生掌握运用于解题。
4.总结
由简单到繁杂,由浅显到深刻的认识规律是物理教学的特点,在教学过程中,教师要做好足够的铺垫,这样才能充分发挥物理教学的探究性,但同时,也要顾及到学生的接受能力,只有教师在教学过程中起到了“穿针引线”的串联作用,知识的系统性和结构性才能够保持。
教师要使学生能够全方面的体验到学习物理的乐趣,从而认识到应用科学方法的重要性,并且在探究过程中,科学思想得到熏陶,能力得以提升,掌握正确的学习方法获得知识。
参考文献:
[1]陆长海.中学物理重难点教学的几点建议[J].考试(教研).2010年12期
[2]黄耀华.中学生物理学习中思维错误及原因探讨[J].西北职教.2008年09期
关键词:欧姆定律;探究案例;教学设计;解读反思
一、教育背景与设计理念
2011年教育部颁布了经修订的《义务教育物理课程标准》(以下简称“新课标”),这是我国义务教育新课程实验取得阶段性成果的标志,更是广大新课程实践者10年经验的总结,定稿后的新课标必将作为指导性文件引领新课改持久深入健康地发展。
为实践新课标所倡导的“提倡教学方式多样化,注重科学探究”的崭新教学理念,我们在总结反思“自主·探究·合作”课堂教学模式的基础上,更加突出“以人为本”的教学思想,以新编苏科版物理教科书为载体,进一步改进《欧姆定律》一节的探究案例设计。在教学设计和实施过程中力图体现以下理念:一是学生发展为本;二是比结论更重要的是过程;三是把思考还给学生。
二、内容分析与学情简析
《欧姆定律》一节编排在学生学习了电流、电压、电阻等概念,电压表、电流表、滑动变阻器使用方法之后,这既符合由易到难、由简到繁的认知规律,又保持了知识的结构性、系统性。欧姆定律作为一个重要的物理规律,反映了电流、电压、电阻三者间的相互关系,是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的金钥匙。欧姆定律是电学的教学重点,也是新课标规定的重点内容之一。
学生通过电阻和串、并联电路的学习已初步掌握了实验探究的基本程序:观察现象—提出问题—猜想假设—方案设计—实验探究—归纳总结—解释现象,初步具备了设计实验方案的能力、动手操作能力和思考与质疑、交流与讨论的学习习惯,对“自主·探究·合作”教学模式已初步适应并产生了兴趣。了解学生的学习现状和发展潜能,便于确定学生的“最近发展区”,从合适的教学起点出发,有针对性地进行教学。
三、探究案例与设计解读
(一)学习目标
1.知识与技能。①掌握欧姆定律及其表达式,并能进行简单的计算;②学习运用“控制变量法”研究问题,培养知识迁移的能力;③进一步学会使用电压表、电流表和滑动变阻器。
2.过程与方法。①进一步实践实验探究的一般程序和方法;②注重实验探究方案设计的思考与改善。
3.情感态度与价值观。①培养学生的科学态度和探索精神;②联系欧姆定律的发现史,渗透锲而不舍科学精神的教育;③体验分工合作、团结互助精神。
解读:依据新课标倡导的三维教学目标设计学习目标,把传统的“教学目标”改为“学习目标”更能突现学生的主体地位。这里的学习目标是指:“学生从学习的起点出发,在教师的引导、支持和促进下,通过自己积极、主动和创造性的学习能够达成和检测的目标。”学习目标的编写和描述要具有针对性和可操作性。
(二)重点与难点
1.教学重点。探究实验的操作,用数学方法正确得出实验结论;理解欧姆定律的内容及其表达式、变换式的意义。
2.学习难点。运用数学方法处理实验数据,建立和理解欧姆定律;运用欧姆定律解决简单的实际问题。
解读:以知识为本的传统教学观注重教师教的重点与难点,而以学生发展为本的新课标教学观,则注重学生学的重点和难点,注重探究电流和电压、电阻关系的过程和方法,体现了“比结论更重要的是过程”这一新课标理念。
(三)教学媒体
1.教师用具。投影设备、多媒体课件等。
2.学生用具。多媒体教学软件,干电池4节、电流表、电压表、滑动变阻器、开关各1个,阻值不同的定值电阻3只、导线若干。
解读:投影设备主要用于展示各组设计的探究性实验方案和实验数据的处理,以利于小组间交流、沟通与提升。多媒体课件包括:演示实验电路图的动画幻灯片;数据处理的表格和图像;调光电灯工作原理。
(四)教学过程
1.复习设疑,激发探究欲望。(1)提出问题:①既然电压是形成电流的原因,那么导线中的电流与两端的电压有何关系呢?②既然电阻对电流起阻碍作用,那么导体中的电流与它本身的电阻有何关系呢?(学生举手或随机点名回答。)(2)猜想设疑:同学们对电流与电压、电阻的关系作了各种猜想,那么这三者究竟有怎样的数量关系呢?点出本课主题“欧姆定律”。
解读:①在学生猜想的过程中,教师耐心倾听而不要急着下结论,可让学生互评,以面向全体学生,体现多元评价,发挥评价的发展。②复习旧知是为了导入新知,引起认知冲突,激发探究欲望,为后续的科学探究活动提供“脚手架”,体现了“教师是学生学习的组织者”。
2.设计实验方案,进行实验探究。(1)知识准备:教师向学生介绍“控制变量法”,说明研究电流与电压、电阻间的关系时,必须保持其中一个变量(例如电阻)不变,再通过改变电压,观察电流是如何变化的。设问:在研究电流与电阻关系时,必须保持 不变,通过改变 ,来观察 的变化。(2)方案设计和交流:在学生了解科学实验的设计过程(明确研究目的,确定研究方法,设计合理的实验方案)后,通过同桌讨论,利用提供的仪器,设计一个实验方案。选派几组学生上台交流设计的实验方案,教师简单评析后,投影实验电路图,介绍有关仪器,特别强调滑动变阻器在实验中的作用。(3)实验探究:学生分组实验,实践和体验“控制变量法”,加深对欧姆定律的感性认识。(4)各组处理实验数据,进行分析、归纳得出初步结论。新教材增加了利用实验数据描绘函数图像的方法,理解成正比、成反比的意思,体会构建数学模型在物理研究中的运用,培养学生的科学思维能力。
解读:①把教材中的教师演示实验改为学生分组实验,一是因为学生已初步具备做此实验的基本技能,二是使全体学生都能动手操作,参与体验“控制变量法”,突出学生的主体地位。②本节探究课把重点放在利用“控制变量法”设计与完善实验方案上,以初步培养学生的实验设计能力和创新能力。③选派小组上台交流实验设计方案,旨在引导学生发散思维,相互取长补短,促进创新思维。④教师在这阶段应不断巡视、引导,倾听学生讨论,及时给予评价和指导,以体现“教师是学生学习的参与者”。
3.总结交流,合作共享。(1)各组汇报实验结果,归纳得到两个结论:在电阻不变的情况下,导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。在电压不变的情况下,导体中的电流跟这段导体的电阻成反比。(2)引导得到欧姆定律及其表达式。(3)强调:欧姆定律中两处用到“这段导体”,这是强调同一导体,即电流、电压、电阻对应同一导体,而且具有同时性。
解读:这一环节以师生互动、生生互动为主。通过总结交流使学生的认识从感性认识向理性认识飞跃,学生的情感在全班共享中得到升华。同时对教师的教和学生的学进行评价反馈。这一阶段将在教师的引导下完成,以体现“教师是学生学习的引导者”。
4.巩固反馈,知识迁移。“模拟调光台灯”的工作原理,作为实验探究的有效补充。学生通过模拟实验,学会选择仪器、设计简单电路、掌握工作原理,加深对常用仪器的认识。
解读:调光台灯的模拟实验,让学生明白物理知识就在身边,物理和生产生活有密切的联系。让学生参与学习的全过程,体现“一切为了学生发展”的理念。
四、感悟与反思
(一)课堂教学设计应是一个动态生成方案
传统的课堂教学设计是以教师的教和书本知识为本位,从教师的主观判断或经验出发,侧重于教学过程的程式化、细节化的准备,这种“静态教案”不能适应动态生成的实际教学过程,不利于促进学生的发展。新课标理念下的课堂教学设计以学生发展为本,从学生的“现有发展区”出发,通过对教材内容的“二次开发”,精心设计动态生成方案,促进学生过渡到“最近发展区”。
(二)探究性学习的真谛是做到“形散而神不散”
虽然全班分成很多小组分散进行探究实验,但各组都围绕“探究电流和电压、电阻的关系”有条不紊地进行,看似无序实是有序。在这中间,教师的组织、引导和参与十分关键。教师一定要遵循“组内异质,组间同质”的原则进行分组,并对组内成员的分工提出责任分工。教师一定要给小组内每位学生分配一个角色,诸如主持人、操作者、记录员、噪音控制者、汇报人等,使每个小组成员在各司其职中自主、合作、探究学习,使每位学生都能在原有基础上有所发展。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京:北京师范大
学出版社,2011.
一、教学目标
1、知识与技能
(1)能说出欧姆定律的内容、公式及其涉及的单位;
(2)理解欧姆定律,能进行欧姆定律公式的变形,理解应用公式时要注意“同体性”和“同时性”,会在新的问题情境中,应用欧姆定律进行解释、推断和计算。
2、过程与方法
(1)经历探究通过导体的电流与电压、电阻的关系的实验研究过程,从而能较熟练地运用图像处理实验数据,了解电流与电压、电阻间的正比、反比关系。
(2)初步学会在实验探究的基础上交流讨论,互相合作。
(3)学习用数学公式来表达物理规律的方法,体会这样做的优势。
3、情感态度与价值观:
结合欧姆当年研究电流、电压和电阻三者关系的简史,培养学生刻苦钻研、大胆探索的科学精神,同时让学生在自我实现中增强成功体会。
二、教学重点:
欧姆定律所揭示的物理意义及其数学表达式;
三、教学难点:
欧姆定律的实验设计及学生对实验数据的分析、归纳以及结论的得出。
四、教学器材:
调光灯、小灯泡、电池组、滑动变阻器、电流表、电压表、阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω的电阻各一个、导线数根等。
五、教学过程
(一)设置物理情境进行讨论,提出问题。
如图的电路,你有哪些方法可以改变小灯泡的亮度?小组内讨论,然后进行交流。
学生的方法:①改变电源的电压,②改变定值电阻的阻值③串联一个滑动变阻器等。
实验验证,学生观察灯的亮度的变化
师:灯时亮时暗说明什么?
生:电路中的电流有大有小。
师:电路中电流的大小由哪些因素决定?
(二)大胆猜想,激活思维
鼓励学生大胆猜测:你猜电流的大小究竟由哪些因素决定呢?
学生分组讨论,教师适当提示。学生联系已学内容以及刚才的实验现象,猜想:电流与电压的大小有关,因为电压是形成电流的原因;电流与导体的电阻有关,因为电阻对电流有阻碍作用——教师针对学生的回答,给予肯定:最后,根据猜想师生共同得出结论:电路中的电流与电压、电阻两者有关:
过渡:到底有怎样的关系呢?
“创设情景——提出问题——猜想”这两步引起学生极大的兴趣,学生注意力高度集中,急切盼望问题的解决,产生主动探索的动机,
(三)设计实验
1、课件出示思考题
(1)根据研究电阻大小影响因素的方法,这个问题应采用什么方法研究?
(2)选择使用哪些器材?
(3)该实验应分几步,具体步骤怎样?
2、学生激烈讨论,明确本问题的研究方法:必须设法控制其中一个量不变,才能研究另外两个物理量之间的变化关系,即控制变量法。
学生讨论,提出本实验必须分两步来完成:第一步,保持R不变(确定应该用定值电阻而不用灯泡),研究I与U的关系;第二步,保持U不变,研究I与R的关系。对于第一步,改变U(用电压表测),观察I(用电流表测量),且电压的调节可通过:改变电池节数来实现(阻值为R的电阻直接接在电源两端),或者通过电阻与滑动变阻器串联,移动变阻器滑片来实现。
师生共同讨论:通过改变滑动变阻器的滑片改变电阻两端的电压比通过改变电池节数方案要好。
(四)分组合作,深入探究
在此环节中,学生以小组为单位,像科学家那样兴趣盎然地开始按拟定的方案实验,边做边想边记。教师巡视,注意他们的设计是否合理,仪器使用是否得当,数据记录是否正确,作个别辅导。
学生在教师的指导下,自觉、主动地和教师、教材、同学、教具相互作用,进行信息交流,自我调节,形成了一种和谐亲密、积极参与的教学气氛和一个思维活跃、鼓励创新的环境。学生的思维在开放、发散中涨落,在求异、探索中又趋于有序,这培养了学生的独立操作能力,发展了学生的思维能力、创造能力:
(五)综合分析,归纳总结
例2、家庭中使用的是交流电,当人体通过交流电的电流达到50mA时,就会导致人体呼吸麻痹、心室颤动。假定某人身体的电阻为2kΩ,算一算,当通过50mA电流时的电压是多大?
初次应用欧姆定律进行计算的计算题,规范解题的要求。
(七)课堂教学小结与延展:
(1)让学生回顾本课的探究过程:发现问题——进行猜想——探索研究——得出结论——指导实践,指明这是研究物理的基本思路;物理教学中应注意渗透科学研究方法,同时也进行学法指导和辩证唯物主义教育。
一、巧记力学知识
力学是初中物理的重点,同时也是难点。为了帮助学生记忆,我们可以采用以下方式帮助学生理解和记忆。
力的三要素:大小、方向和作用点。我们可以这样记忆:力的三要素,大小、方向、作用点。这样叫做简化记忆。
G=mg公式。物体的重力和质量的关系式G=mg,可用谐音记忆:大鸡(G)等鱼(等于)摸(m)小鸡(g)。
m=■,可用谐音记忆:莫(m)要大鸡(G)压小鸡(g)。
g=■,可用谐音记忆:小鸡(g)在等(=)大鸡(G)吗(m)?
g=9.8牛顿每千克:可用谐音记忆为,记(g)得九点把(9.8)牛(牛顿)牵克(千克)吃水。也可以这样记,小鸡(g)进酒吧(9.8)。
重力公式G=ρvg。计算重力的公式G=ρvg,其中大写的G可记作“大鸡”,ρ像P字母,V谐音“喂”,g可记作“小鸡”。因此,公式谐音记忆为:大鸡(G)等着(=)放屁(ρ)喂(v)小鸡(g)。
二力平衡的条件,二力平衡应满足“一物二力同直线,大小方向等相同。”其中指二力作用在同一物体上,这是最容易忽视的,因此二力平衡的条件也可记为:要想吃两个等大的梨(力),可在同屋(物)内同一直线的相反方向去找。这里包含了“同物”“等大”“同线”“反向”四个方面的含义。
二、巧妙理解“蒸发、吸热和致冷”
在物理中,蒸发、吸热和致冷等现象与我们的生活实际联系十分紧密,但是其形成原因却有点难于理解,对于这样抽象的问题,学生往往理解不了。液体在沸腾过程中吸收热量但温度保持不变,而蒸发是吸热却有致冷作用,两种气化方式的不同怎样理解?而且蒸发时吸收热量,为何温度又降低?这些内容往往困惑着学生,是学生学习时的一大难点。
液体蒸发时吸热,即使在常温下也可以进行,但又不像沸腾、熔解有明显的供热源。蒸发只能从周围物体和未蒸发的液体中吸收热量,这样,未蒸发的液体因放热而温度降低。确切地说,吸热的液体是液体中已蒸发的那部分,而放热降温的却是未蒸发的液体和周围其他物体。
三、巧记欧姆定律
欧姆定律是物理应用较多的一个定律,准确把握好欧姆定律有利于学生对电学的理解和把握。首先来看一下欧姆定律的因果关系。有人根据欧姆定律I=■的两个变形公式U=IR和R=■,得出“电压与电流强度成正比”“电阻与电流强度成反比”的结论,这是混淆了自变量和函数的因果关系。
电压是电源提供的,其大小由电源及电路结构决定。电阻是由导体的材料、几何形状(长度、横截面积)决定。它们都不随电流强度的变化而变化。恰恰相反,电流的大小是由电压和电阻决定的。这里,电压、电阻的变化关系是“原因”,电流的变化是“结(下转59页)(上接57页)果”,因果关系不可倒置。
假设有人说:“这人长得真像他的儿子,一模一样。”听众一定感到非常可笑。虽然这话反映了两个人相像的事实,但却颠倒了因故关系。只能说儿子像爸爸,不能说爸爸像儿子。用我们方言说就是儿子随爸爸而不是爸爸随儿子。同理,是函数随自变量变化,而不是自变量随函数变化。
巧记欧姆定律:欧姆定律I=■可记作,我(I)有(U)儿(R)子。I是英语的我,U谐音有,R谐音儿。
U=IR可记作,有(U)爱(I)就有儿(R)。
R=■可记作,儿(R)有(U)爱(I)。
四、巧记凸透镜呈像规律
凸透镜对光线的作用可记作:平行必过焦,过焦必平行。
凸透镜呈像规律可记作:一焦分虚实、二焦分大小,虚像正来实像倒;(虚像是正立的,实像是倒立的)虚像同侧实像异,(成虚像时,像和物在透镜的同一侧,成实像时,像和物在透镜的两侧。)物近像远像变大;(物体距离凸透镜越近,即物近;像距离凸透镜就越远即:像远;所成的像会变大。)物远像近像变小。
一、初中学生物理学习中的问题原因
在日常生活中,不断有家长反映:自己的孩子在小学成绩一直都很不错,可到了初中,特别是到了初二开始学习物理后,成绩一下子就滑了下来,总觉得物理难以学懂。我们在教学过程中也发现,有一些学生吃力地学习了一段时间后,仍不见显著进步,就干脆放弃了学习物理。更让我们感到担忧的是,在中考冲刺时,有些学生会因为在物理课程上丧失信心,影响到了其他课程的学习,甚至就放弃了学习备考。也就是说,因为物理学习中存在的问题,不仅仅是只影响到学生的物理学习,甚至影响到了学生的学习态度。学生在学习中遇到了困难没有得到有效的解决,使得学生学习过程中存在的问题日积月累,一点一点被放大,学生仅有的一点学习热情被一点一点消磨,使得学生把对学习兴趣转移到其他上面,甚至完全放弃了学习。这样也就不难理解学生们在中考时,连最基础最简单的题目也不会做了。作为教育工作者,这样的现象不仅让我反思:初中物理真的有那么难学吗?为什么到了初二因为物理学习的问题会对学生产生这么大的影响呢?怎样才能学好初中物理呢?笔者影响学生物理学习的原因是很多的,可以从学生的生理和心理的角度、物理知识结构的角度、教师的教学过程的角度、学生的学习教程的角度等多个方面来进行分析。本文主要是从学生学习过程的角度来分析学生在物理学习过程中存在的问题。
二、从实际生活中获得的感性材料不足
初中的物理规律多数是从事实中分析、归纳总结出来的。初中学生抽象思维能力不强,感性不足。如果没有足够的能够把有关现象与现象之间的联系鲜明的展示出来的实验或学生日常生活中所熟悉的、曾亲身感受过的事例作基础,势必造成学生学习上的困难。例如,在学习牛顿第一定律时,学生能够从简单的实验分析、归纳总结出来,可以说是一个质的飞跃。但许多学生对牛顿第一定律的文字表述比较陌生,常不能很好的理解定律的含义,这是由于抽象思维不强、感性材料不足而造成的。
三、相关的准备知识欠缺
物理作为一门独立的学科,它肯定有着严密的逻辑体系。掌握物理规律,往往需将以前学的知识作为基础,方能取得良好的学习效果。否则将会给物理规律的学习带来困难。例如,在学“欧姆定律”时,就要联系和综合运用前面的知识作为基础。如电路、电流、电压、电阻等,如果学生在其中某一环节上准备不足,没有很好的理解和掌握,将会使这一规律的学习遇到困难。
四、抽象逻辑思维能力不强
在物理规律的研究和运用中,有时要进行严格的逻辑推理和运用科学的想象等抽象思维活动。初中学生还缺乏逻辑思维能力、没有形成逻辑思维的习惯。其原因是它们心理发展正处于思维发展的转折期,开始由经验型的形象思维向理论型的抽象思维转化,而这个转化在初中阶段一般来说还不能完成。在学习物理规律时不能顺利的度过而感到困难。往往是因为从经验出发,想当然的看待问题,用事物的现象代替本质,用外部联系代替内在联系,在解释物理现象时“就事论事”,不习惯于运用物理概念和规律进行分析、说理和表述。
五、生活中的错误观念的干扰
学生在日常生活中积累了一定的生活经验,对一些问题形成了某些观念,在这些观念中,有的虽比较正确,但往往有一定的表面性和片面性。这些“先入为主”的错误观念对学生正确地理解物理规律往往起着严重的干扰作用。例如,学生有“运动的物体才有惯性”,“物体运动得快,惯性越大”等这类错误观念,这就给学生在学习惯性时带来了很大的困难。
六、思维定势带来的负迁移
迁移原理是教学中的一条重要原理,正向迁移有利于学生在原有的基础上掌握新知识。但思维定势所起的负迁移却干扰着学生对物理规律的理解的掌握,给物理的教学带来困难。负迁移是指已有知识对新知识的学习产生的消极影响。例如,有的学生总是认为浸在液体中的物体所受的浮力随着深度的增大而增大,理由是由于液体内部的压强是随着深度的增加而增大。产生这一错误的原因是把以前学过的液体内部压强公式P=ρgh与浮力公式F=ρgv混淆在一起,没有弄清两个公式的区别,这是负迁移造成的这种结果。
在中学物理知识的结构中有一些占主干地位的基本规律,这些重点规律教学的成败,对于学生能否学好物理知识、能否运用物理知识解决实际问题,具有关键作用。只要我们能认清学生在学习物理规律中常见的问题,对症下药,引导学生掌握物理规律也不会成为一件难事。
七、解决问题的对策
1.创设便于发现问题、探索规律的物理情境。教师要带领学生学习物理规律,首先在教学开始阶段,要创设便于发现问题的物理环境。初中阶段,主要是通过观察和实验发现问题,也可以从分析学生生活中熟知的典型事例中发现问题,有时也可以从对学生已有知识的展开中发现问题。创设的物理情境要有利于引导学生探索规律。创设的物理情境还应有助于激发学生的兴趣和求知欲。例如,在探究滑动摩擦力与哪些因素有关后我教学生讨论拔河比赛中要取胜应注意那些问题。学生们踊跃发言,讨论得出用力握紧绳子是增大压力来增大摩擦,穿有钉的鞋子是增大接触面的粗糙程度来增大摩擦等。从而更好地掌握了这条规律。
易错点一:对欧姆定律变形公式的误解
例根据欧姆定律公式I=,可变形得到R=。对此,下列说法中正确的是()
A. 导体电阻的大小跟导体两端的电压成正比
B. 导体电阻的大小跟导体中的电流成反比
C. 当导体两端的电压为零时,导体的电阻也为零
D. 导体电阻的大小跟导体两端的电压和通过导体的电流无关
典型错误一根据R=,认为导体的电阻与导体两端的电压成正比,因此选择A。
典型错误二根据R=,认为导体的电阻与通过导体的电流成反比。因此选择B。
错因分析欧姆定律研究的是电流与电压和电阻的关系,其变形式R=只是提供了计算电阻的一种方法,并不能理解为导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比。
正确答案因为导体的电阻是由导体自身因素(材料、长度、横截面积、温度等)来决定的,而不受外因(导体两端电压和通过导体的电流)影响,所以应选D。
易错点二:对欧姆定律同一性和同时性的忽视
例有一个电铃,它的电阻是10 Ω,在正常工作时,它两端的电压应该是6 V。但我们手边现有的电源电压是8 V,要把这个电铃接在这个电源上,并使它正常工作,应怎么办?
典型错误要把这个电铃接在这个电源上,并使它正常工作,应给它串联一个电阻。
因为通过电铃的电流I== A=0.6 A,
又因为电阻跟电铃串联,
所以通过电阻的电流I=I=0.6 A,
因此,串联一个电阻为R== Ω=13.3 Ω。
错因分析造成错解的原因是在应用欧姆定律时,没有注意同一性和同时性。错解中的最后一步:R=中,U、I代入的数值是总电压和总电流,求出的电阻R应该是总电阻。
正确答案根据欧姆定律有:通过电铃的电流I== A=0.6 A,
又因为电阻跟电铃串联,
所以通过串联电路的电流I=I=0.6 A,
因此,总电阻R== Ω=13.3 Ω。
又因为R=R+R,
所以串联一个电阻为R=R-R=(13.3-10) Ω=3.3 Ω。
易错点三:对控制变量法的误解
例小刚用图1所示电路探究“一段电路中电流跟电阻的关系”。在此实验过程中,当A、B两点间的电阻由5 Ω更换为10 Ω后,为了探究上述问题,他应该采取的唯一操作是()
A. 记录电流表和电压表的示数
B. 将变阻器滑片适当向左移动
C. 将变阻器滑片适当向右移动
D. 适当增加电池的节数
典型错误电源电压不变,改变电阻,记录电流大小,从而找出电流跟电阻的关系,选A。
错因分析没有正确理解控制变量法。
正确答案在此实验过程中,当A、B两点间的电阻由5 Ω更换为10 Ω后,为了探究“一段电路中电流跟电阻的关系”,必须保持A、B两点间的电压不变。此时由于总电阻变大,总电流变小,因此滑动变阻器两端的电压变小,由串联电路电压关系可知A、B两点间(一段电路)的电压变大。要想继续实验,接下来应该使A、B两点间的电压减小到原来的值。将变阻器滑片适当向右移动,使变阻器阻值增大,使电路电流减小。由U=IR可知,A、B两点间的电压才会变小,当达到原来的电压值时,停止移动滑片,记录此时的电流值。应选C。
易错点四:对电路连接关系不清
例1如图2所示,电路中的电源电压保持不变。闭合开关后,将滑动变阻器的滑片P由图中位置向a点移动的过程中,电表、、的示数变化正确的是()
A. 的示数减小,的示数减小,的示数增大
B. 的示数增大,的示数减小,的示数增大
C. 的示数增大,的示数减小,的示数减小
D. 的示数减小,的示数增大,的示数减小
典型错误滑动变阻器的滑片P由图中位置向a点移动的过程中,滑动变阻器的阻值变大,根据欧姆定律公式I=,电路中的电流减小。根据U=IR可知,滑动变阻器两端电压减小,因此的示数减小,灯泡两端的电压增大。选择D。
错因分析电压表测量的是滑动变阻器两端电压U。滑动变阻器的滑片P由图中位置向a点移动的过程中,滑动变阻器的阻值R变大,但同时电流I变小,根据U=IR无法判断滑动变阻器两端电压大小的变化。
正确答案由图2可知这是一个串联电路,电压表测量滑动变阻器两端的电压U,测量灯泡两端的电压U。滑动变阻器的滑片P由图中位置向a点移动的过程中,滑动变阻器的阻值变大,根据欧姆定律公式I=,电路中的电流减小,因此的示数减小。再根据串联电路中电流处处相等,通过灯泡的电流I=I,又灯泡的电阻R不变,根据U=IR可知,电压U减小,因此的示数减小。由串联电路电压的关系,可知滑动变阻器两端电压U=U-U,因此的示数增大。应选C。
例2如图3所示电路中,闭合开关后,将滑动变阻器滑片P由a端向b端滑动过程中,图3中电压表和电流表的示数变化正确的是()
A. 电压表示数不变,电流表示数变大
B. 电压表示数变小,电流表示数变大
C. 电压表示数不变,电流表示数变小
D. 电压表示数变大,电流表示数变小
典型错误滑动变阻器滑片P由a端向b端滑动过程中,电阻变大。根据U=IR可知,电压变大,因此电压表示数变大。再根据欧姆定律公式I=,电路中的电流减小,选择D。
错因分析电路连接关系不清,没有注意到滑动变阻器与R串联后再与R并联的关系。
正确答案滑动变阻器与R串联后再与R并联,不管滑动变阻器阻值如何变化,都不会改变支路电压。支路电阻的变化引起总电阻的变化,滑片P由a端向b端滑动过程中,滑动变阻器电阻变大,总电阻变大。根据欧姆定律公式I=,电路中的总电流减小,因此电流表示数减小。应选C。
易错点五:对伏安法测电阻原理的误解
例小刚同学想用电流表、电压表测量一段电阻丝R的电阻,他已连接了部分电路,如图4(a)所示。请你接着完成下列步骤:
(1)当电压表示数为3.6 V时,电流表的示数如图4(b)所示,这时电路中的电流是________A,电阻丝的电阻为_______Ω。并用笔画线代替导线,将电路补画完整。
(2)若将上面实验中的定值电阻R换成小灯泡,在多次测电阻的过程中,发现当电压表的示数增大时,电压表与电流表示数的比值将________。
典型错误(1)题中连接图时,滑动变阻器接线柱连入错误,电压表、电流表正负接线柱及量程选错,串、并联错误。
错因分析不清楚滑动变阻器及电表接入电路的要求。
正确答案滑动变阻器要保证“一上一下”两个接线柱接入电路,有时还要考虑具体是下面哪一个接线柱接入电路。对于电表,要求电流从正接线柱流入负接线柱流出,且选择符合题意的量程,保证电流表与被测对象串联,电压表与被测对象并联。(1)0.3;12;电路图如图5所示。
典型错误(2)由伏安法测电阻原理R=可知,电流与电压成正比,因此电压表与电流表示数的比值不变。
错因分析当电阻不变时,电流与电压才成正比。电阻变化时,这种正比例关系就不成立了。
正确答案当电压增大时,灯丝温度升高,其电阻增大。由R=可知,电压表与电流表示数的比值就是电阻,所以电压表与电流表示数的比值将增大。
易错点六:不关注欧姆定律的适用范围――纯电阻电路
例有一台标有“220 V 1.1 kW”的电动机,线圈电阻为10 Ω,求它正常工作1 min放出的热量。
典型错误由欧姆定律可知,
I== A=22 A,
再由焦耳定律得:
Q=I2Rt=222×10×60 J=2.904×105 J。
错因分析欧姆定律只适用于纯电阻电路。本题是含有电动机的非纯电阻电路,求电流时不能使用I=。
正确答案通过线圈的电流I== A=5 A,
关键词:“伏安法” “电压”、“电流”、“电阻” “问题式”
“伏安法”测电阻可以加深理解欧姆定律,在实践教学中,通过把教材中的电阻替换为小灯泡来进行实验,有助于学生构建知识,重在质疑能力。达到电学中教学中的以下目的。
一、可以弄清各物理量之间的关系。
认识定律中的“电压”、“电流”、“电阻”这三个物理量是对同一导体(或同一部分电路),在同一状态下的三个物理量。这就是欧姆定律的“同一性”和“同时性”。欧姆定律的数学表达式可写成I=U/R,其物理意义是:导体中的电流跟这段导体两端的电压在正比,跟这段导体的电阻成反比。
在学习中,由于学生的数学经验,把公式变形U=IR,会错误认为导体两端的电压跟导体中的电流、导体的电阻成正比,理论上电压是形成电流的原因,给电阻R加上电压U,在电阻中就有电流I=U/R,如果电阻R改变了,会引起R中的电流I改变,但不会引起电压U的变化。公式还可以变形为R=U/I,同样,又能否认为导体的电阻跟它两端的电压成正比,跟其中的电流成反比呢?当然不可以,因为电阻是由导体本身的性质决定的。
二、建立电路的图景。
根据要求,学生可以画出等效电路图,在图上标出已知量的符号、数值和未知量的符号,其中标注的各物理量符号,应该是SI制中统一规定的字母,加深对物理SI制物理量的理解。
三、更好地理解串联电路中电压与电流的关系,认识滑动变阻器的作用。
在实验中,把滑动变阻器与作为研究对象的小灯泡串联,总电压就等于小灯泡两端的电压和变阻器两端的电压之和。小灯泡两端的电压和变阻器两端的电压的大小与它们的阻值的大小有关,当滑动片移动时,不仅改变了串联电路中的电流,同时也改变了各电阻两端的电压。这样,当改变定值电阻R的大小时,调节R′可使R两端的电压发生变化。所以,在实验中,滑动变阻器的作用是改变或控制定值电阻R两端的电压。
四、对于计算得到的结果,应该用学过的物理概念和规律去评估是否合理,然后作出答案,对结果的物理意义加以讨论。
在学生的分组实验中,根据欧姆定律的数学表达式I=U/R,假定小灯泡的电阻R不变,逐步调节滑动变阻器,使小灯泡两端的电压增大,小灯泡的电流会随着电压增大而增大,它们的值应该是定值。这样做是基于学生对控制变量法的掌握和理解,并采用物理学方法中减少误差的方法多测几次来求平均。在实验中注意要求观察实验现象,学生发现电压发生变化时,小灯泡的亮度也发生变化这个现象。
然而,教师要求电压分别为1V,1.5V,2V时,它所对应的电流的值也在变化,从而验证了导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比的规律。但是学生在处理数据时,发现每次的电阻值发生了很大的变化,从学生的对物理规律和认识上,其必然对每次电阻值产生怀疑、是否在实验中读数产生了误差而促使学生进一步从新调节电压在实验,同样得到了相同的数据。第二,我们常用的求平均的方法是否能减少误差。